第1講生物學(xué)和細(xì)胞概述一、生物與生物學(xué)的創(chuàng)立1.什么是生物（1）概念①生物：在地球上表現(xiàn)有生命特征的有機(jī)體，稱為生物。生命特征主要指兩個(gè)方面，分別是結(jié)構(gòu)和生理功能。結(jié)構(gòu)除病毒外，生物都由細(xì)胞構(gòu)成。功能生物都具有細(xì)胞代謝和遺傳變異等特點(diǎn)。②生物學(xué)：也叫生命科學(xué)，研究不同層次生物的結(jié)構(gòu)、功能、發(fā)生和發(fā)展規(guī)律，并加以應(yīng)用的科學(xué)。（2）生物的結(jié)構(gòu)與功能基礎(chǔ)——細(xì)胞（Cell）【地位】細(xì)胞是生物學(xué)最重要的研究對(duì)象①什么是細(xì)胞結(jié)構(gòu)Ⅰ、細(xì)胞非常微小，絕大多數(shù)通過顯微鏡才能觀察到；Ⅱ、所有細(xì)胞具有相似的結(jié)構(gòu)，如細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)、核糖體等。說明生物具有共同的起源。意義細(xì)胞是生物體結(jié)構(gòu)和功能的基本單位，也就是除病毒之外進(jìn)行完整生命活動(dòng)的最小單位類型原核細(xì)胞和真核細(xì)胞生物分類單細(xì)胞生物和多細(xì)胞生物②單細(xì)胞生物和多細(xì)胞生物（生命活動(dòng)離不開細(xì)胞）單細(xì)胞生物多細(xì)胞生物定義只由單個(gè)細(xì)胞組成的生物由多個(gè)分化的細(xì)胞組成的生物體舉例草履蟲、變形蟲、大腸桿菌等人、高等植物等圖示分析單細(xì)胞生物通過單個(gè)細(xì)胞完成全部生命活動(dòng)①多細(xì)胞生物的每個(gè)細(xì)胞具有獨(dú)立的生命②多細(xì)胞生物可以通過細(xì)胞間的相互配合完成復(fù)雜的生命活動(dòng)③真核細(xì)胞與原核細(xì)胞的比較原核細(xì)胞真核細(xì)胞舉例大腸桿菌葉肉細(xì)胞（植）口腔上皮細(xì)胞（動(dòng)）圖示定義無以核膜為界限的細(xì)胞核的細(xì)胞有以核膜為界限的細(xì)胞核的細(xì)胞區(qū)別有無以核膜為界限的細(xì)胞核生物原核生物，單細(xì)胞生物，細(xì)胞較小真核生物，單細(xì)胞或多細(xì)胞生物，細(xì)胞較大本質(zhì)較原始的生物較進(jìn)化的生物種類細(xì)菌、藍(lán)細(xì)菌、放線菌、支原體、衣原體真菌、動(dòng)物、植物DNA形式擬核：大型、環(huán)狀、裸露DNA質(zhì)粒：小型、環(huán)狀、裸露DNA細(xì)胞核：鏈狀DNA，與蛋白質(zhì)形成染色體細(xì)胞質(zhì)：環(huán)狀DNA在線粒體、葉綠體中裸露存在細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和核糖體細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)和各種細(xì)胞器細(xì)胞壁肽聚糖植物細(xì)胞：纖維素和果膠真菌細(xì)胞：幾丁質(zhì)動(dòng)物細(xì)胞：無細(xì)胞壁生殖主要是二分裂增殖有絲分裂、無絲分裂、減數(shù)分裂變異基因突變、基因重組基因突變、基因重組、染色體變異遺傳不遵循細(xì)胞核遺傳：分離、自由組合、連鎖交換細(xì)胞質(zhì)遺傳：母系遺傳表達(dá)邊轉(zhuǎn)錄邊翻譯核基因：先轉(zhuǎn)錄后翻譯質(zhì)基因：邊轉(zhuǎn)錄邊翻譯④常見生物結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)Ⅰ、藍(lán)細(xì)菌（舊稱藍(lán)藻）——一種特殊的細(xì)菌結(jié)構(gòu)無細(xì)胞核，有擬核。無葉綠體，但有光合片層，其上有葉綠素、藻藍(lán)素、光合作用有關(guān)酶圖示特點(diǎn)比其他細(xì)菌大，能進(jìn)行光合作用，是自養(yǎng)型生物種類顫藍(lán)細(xì)菌、色球藍(lán)細(xì)菌、念珠藍(lán)細(xì)菌、發(fā)菜等應(yīng)用①水體富營(yíng)養(yǎng)化：水體中氮、磷等植物必需元素含量過多，導(dǎo)致藻類等大量繁殖，進(jìn)一步導(dǎo)致環(huán)境污染。在淡水中形成水華，在海水中形成赤潮。②發(fā)菜和荒漠化：發(fā)菜是藍(lán)細(xì)菌群體，狀如發(fā)絲，產(chǎn)于西北草地和荒漠，過渡采挖破壞生態(tài)，因此被列入一級(jí)重點(diǎn)保護(hù)生物。Ⅱ、大腸桿菌結(jié)構(gòu)有細(xì)胞壁、細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)，無細(xì)胞核，有環(huán)狀DNA位于擬核。無線粒體，但有與有氧呼吸相關(guān)酶圖示特點(diǎn)能進(jìn)行有氧呼吸，為異養(yǎng)型細(xì)菌功能營(yíng)腐生或寄生生活，可分解有機(jī)物應(yīng)用①可用于基因工程，作為工程菌，通過基因工程進(jìn)行目的基因的復(fù)制、表達(dá)。②限制酶EcoRⅠ、E.coliDNA連接酶等來自于大腸桿菌Ⅲ、支原體結(jié)構(gòu)有細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)、核糖體，但沒有細(xì)胞壁。（特殊的原核細(xì)胞）特點(diǎn)遠(yuǎn)小于細(xì)菌，是最小的原核生物應(yīng)用是常見的病原微生物，導(dǎo)致支原體肺炎等疾病。注意由于支原體沒有細(xì)胞壁，能抑制細(xì)胞壁合成的青霉素不起作用；阿奇霉素可以抑制細(xì)菌蛋白質(zhì)的合成，可以用于治療支原體肺炎。Ⅳ、酵母菌結(jié)構(gòu)單細(xì)胞真菌，具有真核細(xì)胞的結(jié)構(gòu)，有細(xì)胞核和多種細(xì)胞器特點(diǎn)兼性厭氧型微生物，既能有氧呼吸，也可以通過無氧呼吸產(chǎn)生酒精應(yīng)用①傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)中用于釀酒②基因工程和發(fā)酵工程作工程菌⑤生物類型的判斷常見的原核生物易與之混淆的真核生物細(xì)菌類細(xì)菌名稱常帶有“桿”字（結(jié)核桿菌）、“球”字（肺炎鏈球菌）、“螺旋”及“弧”字（霍亂弧菌）酵母菌、大部分霉菌（如青霉菌、根霉、曲霉等）藻類藍(lán)細(xì)菌也稱為藍(lán)藻，包括顫藍(lán)細(xì)菌、色球藍(lán)細(xì)菌等綠藻（如衣藻）、褐藻、紅藻、黑藻例外常用細(xì)菌如乳酸桿菌等，一般習(xí)慣上稱為乳酸菌，沒有形狀的描述；霉菌不一定都是真核菌，如鏈霉菌是一種放線菌，屬于原核生物；區(qū)分“原生生物”和“原核生物”，原生生物是單細(xì)胞真核生物，不是原核生物。（3）細(xì)胞的功能特點(diǎn)：細(xì)胞代謝和遺傳變異①細(xì)胞代謝（必修一第4、5章）定義細(xì)胞中每時(shí)每刻都進(jìn)行著許多化學(xué)反應(yīng)，統(tǒng)稱為細(xì)胞代謝分析為了維持生命的正常進(jìn)行，每個(gè)細(xì)胞都在不斷進(jìn)行著物質(zhì)的合成與分解，并且獲得和釋放能量的過程特點(diǎn)細(xì)胞內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)是有序的、穩(wěn)定的舉例Ⅰ、細(xì)胞通過分解糖類獲得能量Ⅱ、骨骼通過吸收鈣元素進(jìn)行生長(zhǎng)②遺傳變異定義經(jīng)由基因的傳遞，使后代獲得親代的特征分析生物可以通過遺傳將自己的性狀不斷傳遞給子代，使生物不斷繁衍，保持活力。同時(shí)生物會(huì)有一定的變異，以適應(yīng)變化的環(huán)境特點(diǎn)生物的遺傳是穩(wěn)定的，但會(huì)發(fā)生一定的變異舉例Ⅰ、生物的性狀通過分離定律、自由組合定律、連鎖互換定律傳遞給子代Ⅱ、生物可以通過基因突變、基因重組、染色體變異等改變性狀（4）生物的其他特點(diǎn)①生物都可以通過調(diào)節(jié)維持內(nèi)部的穩(wěn)態(tài)（選擇性必修一）②生物都可以生長(zhǎng)、發(fā)育和繁殖（必修一、必修二）③生物都能夠適應(yīng)一定的環(huán)境（必修二與選擇性必修二）2.生物學(xué)的創(chuàng)立（1）細(xì)胞學(xué)說的建立過程科學(xué)家成就維薩里、比夏分別在器官、組織水平研究生物羅伯特·胡克發(fā)現(xiàn)并命名細(xì)胞（cell）列文虎克、馬爾比基觀察不同形態(tài)的細(xì)菌、紅細(xì)胞及細(xì)胞壁等結(jié)構(gòu)施萊登和施旺創(chuàng)立細(xì)胞學(xué)說耐格里、魏爾肖提出細(xì)胞通過分裂產(chǎn)生新細(xì)胞，修正細(xì)胞學(xué)說（2）細(xì)胞學(xué)說的內(nèi)容①細(xì)胞是一個(gè)有機(jī)體，一切動(dòng)植物都由細(xì)胞發(fā)育而來，并由細(xì)胞和細(xì)胞產(chǎn)物所構(gòu)成②細(xì)胞是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的單位，既有它自己的生命，又對(duì)與其他細(xì)胞共同組成的整體生命起作用③新細(xì)胞是由老細(xì)胞分裂產(chǎn)生的（3）意義①細(xì)胞學(xué)說揭示了動(dòng)物和植物的統(tǒng)一性，從而闡明了生物界的統(tǒng)一性②促使積累已久的解剖學(xué)、生理學(xué)、胚胎學(xué)等學(xué)科獲得了共同的基礎(chǔ)，這些學(xué)科的融通和統(tǒng)一催生了生物學(xué)的問世③生物學(xué)的研究隨之由器官、組織水平進(jìn)入細(xì)胞水平，并為進(jìn)入分子水平打下基礎(chǔ)④細(xì)胞學(xué)說中細(xì)胞分裂產(chǎn)生新細(xì)胞的結(jié)論，為后來生物進(jìn)化論的確立埋下了伏筆（4）考點(diǎn)①細(xì)胞學(xué)說的范圍是動(dòng)物和植物，不涉及微生物（當(dāng)時(shí)還沒發(fā)現(xiàn)）②不是所有的新細(xì)胞都由老細(xì)胞分裂產(chǎn)生，如受精卵來自于精子和卵細(xì)胞的結(jié)合（5）細(xì)胞的多樣性和統(tǒng)一性細(xì)胞統(tǒng)一性①組成：組成細(xì)胞的元素和化合物種類基本一致。②結(jié)構(gòu)：都具有細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)、核糖體。③能源：以ATP作為直接能源物質(zhì)，糖類做主要能源物質(zhì)④遺傳：都以DNA作為遺傳物質(zhì)，遺傳密碼子通用⑤增殖：都是通過細(xì)胞分裂增殖⑥其他：細(xì)胞呼吸、酶等細(xì)胞多樣性①表現(xiàn)細(xì)胞的形態(tài)、大小、結(jié)構(gòu)、功能等各不相同。②原因直接原因構(gòu)成細(xì)胞的蛋白質(zhì)分子不同根本原因DNA分子多樣性（不同生物）基因選擇性表達(dá)（同一生物）（6）知識(shí)延伸（7）歸納法①定義：歸納法是指由一系列具體事實(shí)推出一般結(jié)論的思維方法②類型完全歸納法逐個(gè)考查某類事件的所有可能情況，得出一般結(jié)論。這個(gè)結(jié)論是可靠的，一般適合數(shù)量較少的研究對(duì)象不完全歸納法分析考查某類事件的部分情況，得出一般結(jié)論。不完全歸納法得出的結(jié)論很可能是可信的，適合數(shù)量較多的研究對(duì)象③案例完全歸納法如果觀察了所有類型的植物細(xì)胞，并發(fā)現(xiàn)它們都有細(xì)胞核，才得出植物細(xì)胞都有細(xì)胞核的結(jié)論，運(yùn)用了完全歸納法不完全歸納法根據(jù)部分植物細(xì)胞都有細(xì)胞核而得出植物細(xì)胞都有細(xì)胞核這一結(jié)論，運(yùn)用了不完全歸納法二、生物學(xué)的研究層次1.定義（1）系統(tǒng)：系統(tǒng)是指彼此間相互作用、相互依賴的組分有規(guī)律地結(jié)合而形成的整體（2）生命系統(tǒng)：能獨(dú)立與其所處的環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)與能量交換，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)內(nèi)部的有序性、發(fā)展與繁殖的系統(tǒng)【注意】①單細(xì)胞生物能夠獨(dú)立完成生命活動(dòng)②多細(xì)胞生物依賴各種分化的細(xì)胞密切合作，共同完成一系列復(fù)雜的生命活動(dòng)③病毒沒有細(xì)胞結(jié)構(gòu)，只有依賴活細(xì)胞才能生活2.生命系統(tǒng)的層次（1）生命系統(tǒng)的層次研究層次核心①每個(gè)層次都屬于對(duì)生命現(xiàn)象的研究②不同層次研究的對(duì)象不同，則提出的問題、分析的方法、生物規(guī)律、解決的方案也不同（2）不同層次的概念層次概念細(xì)胞生物體結(jié)構(gòu)和功能的基本單位，如神經(jīng)細(xì)胞、葉肉細(xì)胞組織由形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能相同的細(xì)胞組成的細(xì)胞群，如皮膚上皮組織、葉片海綿組織器官由不同的組織按一定的次序結(jié)合在一起，就形成了器官，如皮膚、心臟、莖、葉等系統(tǒng)可以完成一項(xiàng)或幾項(xiàng)生理功能的多個(gè)器官按照一定的次序結(jié)合在一起結(jié)構(gòu)，如消化系統(tǒng)個(gè)體就是由各個(gè)器官或系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合共同完成復(fù)雜的生命活動(dòng)的生物，如人、楊樹種群在一定的空間范圍內(nèi)，同種生物的所有個(gè)體形成的整體，如神農(nóng)架有多個(gè)金絲猴種群群落同一時(shí)間內(nèi)聚集在一定區(qū)域中的各種生物種群的集合，如森林群落生態(tài)系統(tǒng)由生物群落與它的無機(jī)環(huán)境相互作用而形成的統(tǒng)一整體，如濕地生態(tài)系統(tǒng)生物圈生物圈是由地球上所有的生物和這些生物生活的無機(jī)環(huán)境共同構(gòu)成（3）知識(shí)拓展①判斷生命系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次嚴(yán)格參照定義，例如“一個(gè)池塘里的所有魚”既不是種群也不是群落。②最基本的生命系統(tǒng)是細(xì)胞，最大的生命系統(tǒng)是生物圈。③單細(xì)胞生物由一個(gè)細(xì)胞構(gòu)成個(gè)體，既為細(xì)胞又為個(gè)體，沒有組織、器官和系統(tǒng)層次。④植物由六種器官（營(yíng)養(yǎng)器官：根、莖、葉；生殖器官：花、果實(shí)、種子）直接構(gòu)成個(gè)體，沒有“系統(tǒng)”的層次。⑤病毒沒有細(xì)胞結(jié)構(gòu)，不屬于生命系統(tǒng)，但是是一種生物。原子、分子不具備生物的基本特點(diǎn)，不屬于生物和生命系統(tǒng)。三、細(xì)胞學(xué)的研究方法1.生物的研究思路（1）觀察法（最傳統(tǒng)直接的方法，看到現(xiàn)象就是科學(xué)事實(shí)的發(fā)現(xiàn)）①定義：研究者按照一定的目的和計(jì)劃，用自己的感官外加輔助工具，對(duì)客觀事物進(jìn)行系統(tǒng)地感知、考察和描述，以發(fā)現(xiàn)和驗(yàn)證科學(xué)結(jié)論。②要求：觀察時(shí)要全面、細(xì)致、實(shí)事求是，并及時(shí)記錄下來③應(yīng)用細(xì)胞學(xué)說的提出顯微鏡觀察法研究的細(xì)胞的結(jié)構(gòu)、統(tǒng)一性和多樣性群落的類型通過觀察群落的外貌，對(duì)群落進(jìn)行歸類，如草原、荒漠、森林等④圖示觀察并繪制有絲分裂的事實(shí)（2）對(duì)照實(shí)驗(yàn)分析法①定義：通過設(shè)置對(duì)照的方式，探究自變量對(duì)因變量的影響②要求：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，要符合對(duì)照原則和單一變量原則等實(shí)驗(yàn)基本原則③方式：加法原理和減法原理加法原理減法原理原理與常態(tài)比較，人為增加某種影響因素的稱為“加法原理”與常態(tài)比較，人為去除某種影響因素的稱為“減法原理”案例在“比較過氧化氫在不同條件下的分解”的實(shí)驗(yàn)中，與對(duì)照組相比，實(shí)驗(yàn)組分別加溫、滴加FeCl3溶液、滴加肝臟研磨液的處理。在艾弗里的肺炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)中，每個(gè)實(shí)驗(yàn)組特異性地去除了一種物質(zhì)，從而鑒定出DNA是遺傳物質(zhì)，就利用了“減法原理”在“探究甲狀腺激素對(duì)小鼠生長(zhǎng)發(fā)育的影響”實(shí)驗(yàn)中，與對(duì)照組相比，實(shí)驗(yàn)組注射甲狀腺激素，是“加法原理”在“探究甲狀腺激素對(duì)小鼠生長(zhǎng)發(fā)育的影響”實(shí)驗(yàn)中，與對(duì)照組相比，實(shí)驗(yàn)組切除甲狀腺，是“減法原理”④應(yīng)用：探究影響酶活性的因素實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)二課題探究溫度對(duì)酶活性的影響探究pH對(duì)酶活性的影響變量自變量溫度pH因變量酶的活性酶的活性無關(guān)變量pH、底物的量等溫度、底物的量等對(duì)照不設(shè)置對(duì)照組，各組溫度不同，均為實(shí)驗(yàn)組，形成相互對(duì)照不設(shè)置對(duì)照組，各組pH不同，均為實(shí)驗(yàn)組，形成相互對(duì)照（3）其他方法①歸納法：見前文②構(gòu)建模型法定義模型是人們?yōu)榱四撤N特定的目的而對(duì)認(rèn)識(shí)對(duì)象所作的一種簡(jiǎn)化的概括性的描述，這種描述可以是定性的，也可以是定量的；可以是實(shí)物，也可以是抽象的形式類型物理模型以實(shí)物或圖畫形式直觀地表達(dá)認(rèn)識(shí)對(duì)象的特征概念模型指以文字表述來抽象概括出事物本質(zhì)特征的模型數(shù)學(xué)模型來描述一個(gè)系統(tǒng)或其性質(zhì)的數(shù)學(xué)式，如坐標(biāo)圖、函數(shù)方程式過程第一步觀察研究對(duì)象，提出問題第二步提出合理的假設(shè)第三步根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)形式對(duì)事物的性質(zhì)進(jìn)行表達(dá)，即建立數(shù)學(xué)模型第四步通過進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)或觀察等，對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)或修正案例沃森和克里克制作的著名的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，就是物理模型。用各種材料如橡皮泥或圖畫繪制的方式，表現(xiàn)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)，也是物理模型。要注意的是如果對(duì)顯微鏡下的細(xì)胞拍照，則照片不是模型③抽樣調(diào)查法定義在調(diào)查分布范圍較小、個(gè)體較大的種群時(shí)，可以逐個(gè)計(jì)數(shù)，如調(diào)查某山坡上的珙桐密度。在多數(shù)情況下，個(gè)體數(shù)量較多、分布范圍較廣，逐個(gè)計(jì)數(shù)非常困難，需要采取估算的方法。估算的原理是抽樣調(diào)查，通過隨機(jī)取樣，用樣本的種群密度估算整體的種群密度，在取樣和統(tǒng)計(jì)方法得當(dāng)?shù)那闆r下，統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以較為準(zhǔn)確地體現(xiàn)實(shí)際結(jié)果。類型樣方法植物，活動(dòng)能力弱、活動(dòng)范圍小的動(dòng)物標(biāo)記重捕法活動(dòng)能力強(qiáng)、活動(dòng)范圍大的動(dòng)物顯微計(jì)數(shù)法肉眼看不見的細(xì)菌、酵母菌等微生物、血細(xì)胞等黑光燈誘捕法有趨光性的昆蟲案例調(diào)查植物的種群密度：樣方法調(diào)查某種蛇的種群密度：標(biāo)記重捕法④假說演繹法定義在觀察和分析基礎(chǔ)上提出問題以后，通過推理和想象提出解釋問題的假說，根據(jù)假說進(jìn)行演繹推理，推出預(yù)測(cè)的結(jié)果，再通過實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。如果實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)測(cè)相符，就可以認(rèn)為假說是正確的，反之，則可以認(rèn)為假說是錯(cuò)誤的。這是現(xiàn)代科學(xué)研究中常用的一種科學(xué)方法，叫作假說—演繹法。與歸納法的區(qū)別聯(lián)系歸納法假說—演繹法推理方向從具體事實(shí)的積累歸納結(jié)論通過結(jié)論提出假說，再推理出具體事實(shí)結(jié)論性質(zhì)基于經(jīng)驗(yàn)性的結(jié)論，不能保證絕對(duì)正確基于演繹推理和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)論有邏輯的必然性關(guān)系歸納法和假說演繹法可以結(jié)合進(jìn)行科學(xué)研究，通過歸納法得出一般性結(jié)論，通過假說—演繹法進(jìn)行驗(yàn)證。如孟德爾通過歸納法得出單對(duì)等位基因具有3∶1的性狀分離比，再通過假說演繹法提出假說并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。2.生物學(xué)的技術(shù)手段（生物學(xué)家的研究方法，需借助物理化學(xué)等學(xué)科的手段）（1）同位素標(biāo)記法①概念：在同一元素中，質(zhì)子數(shù)相同、中子數(shù)不同的原子為同位素。同位素在化學(xué)元素周期表中占據(jù)